Name: synthesis of keratin-based nanofiber for biomedical engineering
Uploaded: 2016-02-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 43 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering at JoVE.com

Yazarlar destek finansmanı için devrim Metalik Biyomalzemeler için Mühendisliği Araştırma Merkezi (ERC-0812348) ve Nanoteknoloji Lisans Eğitim (AET 1242139) aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı teşekkür etmek istiyorum.

Tüm protokol Araştırma Uyum ve Etik North Carolina A &amp; T State University Ofisi yönergeleri takip eder. Keratin Ekstraksiyon 4 için 1. Kimyasal Hazırlama <ol><li> davlumbaz altında,% 2 ağırlık / hacim olarak perasetik asit çözeltisi (PAS) 1000 ml hazırlamak için iyonu giderilmiş (Di) su, 980 ml perasetik asit 20 ml ekleyin. </li><li> 100 mM Tris baz çözeltisi (TBS) 1000 ml hazırlamak için, Dİ su 1000 ml Tris bazı 12.2 g ekleyin ve tümüyle çözülene kadar karıştırın. </li><li> DI suyun 30 ml konsantre edilmiş hidroklorik asit 4 ml dökülerek bir çeker ocak içinde, seyreltik hidroklorik asit çözeltisi (DHAS) hazırlayın. </li><li> kimyasal tedavi veya değiştirilmediğini insan saçı kupürleri yaklaşık 20 g tedarik. Saç herhangi bir uzunlukta olabilir. </li><li> ılık su ve sabun ile, elle iyice saçları yıkayın. son durulama için deiyonize (DI) su kullanın. </li><li> 80 ºC o iki 600 ml bardak içine saç ve yerine koymak1 saat süre ile ven. </li><li> beher altındaki sıvıyı boşaltın ve saç tamamen kuruyana kadar fırında geri yerleştirin. </li><li> Bölme, her behere saç 10 g yerleştirilmesi, 600 ml&#39;lik çanaklar arasında eşit bir şekilde saç kurutuldu. 500 ml&#39;den fazla doldurmak için saç izin vermeyin. </li><li> tüm saç kapsayacak şekilde emin her behere PAS 500 ml dökün. 12 saat parafilm ve mağaza ile beher örtün. </li></ol> Keratin Özü Çözüm 2. Hazırlık <ol><li> 500 um elek kullanılarak PAS saç ayırın. Ayrı bir kapta atık PAS toplayın. herhangi bir artık PAS kaldırmak için DI su ile iyice saçlarınızı durulayın. </li><li> 500 ml&#39;lik bir şişe içinde durulanmıştır saç yerleştirin. saç kaplıdır emin, balona TBS 400 ml dökün. 38 ° C, 1 saat boyunca 65 rpm&#39;de ayarlanmış bir çalkalama banyosu üzerinde yer şişe. </li><li> 1 saat sonra, keratin ekstraksiyon çözeltisi yaklaşık 400 ml (KS), sıvı banyonun çalkalama kaldırmak ve dökmek I1000 ml&#39;lik bir cam nBu. </li><li> Saç kaplı ve 1 saat boyunca çalkalama banyosu Lütfen yer olduğunu garanti saç ihtiva eden şişe içine DI suyun 400 ml dökün. çalkalama banyosundan balon çıkarın ve daha önce toplanan KES 1000 ml&#39;lik bir cam kaba KES kalan 400 ml dökün. saç artık gerekli ve en yakın çöp kutusuna balonun dışına atılmış ve atılabilir. </li></ol> Keratin Özü Çözüm 3. Konsantrasyon <ol><li> damıtılmış suyla üst çizgiye rotodistiller banyo doldurmak ve 90 ºC ye ayarlayın. 200 rpm olarak ayarlayın dönme hızı. Soğutucu soğutucu-pompa açın ve -10 ºC ayarlanır. </li><li> pH metre kullanılarak, KES pH izlemek yavaş yavaş pH 7.0 ulaşana kadar KES 1 mM DHAS eklemek için bir pipet kullanın. çözeltisi ilave edilir yavaş ilave edin. </li><li> Tam yaklaşık çeyreğine kadar yuvarlak tabanlı bir şişeye 500 ml nötralize KES dökün. üreticinin göre distile çalıştırın1.25 saat için protokol. <ol><li> KES tüm kadar adımı yineleyin 3.3 distile edilmiştir. Şişe sıkıca bağlı olduğundan emin olun. </li></ol></li></ol> Keratin Özü Çözüm 4. Diyaliz <ol><li> 12 ayrı 14 ml konik tüpler içine eşit KES çözüm dökün. 10 dakika boyunca 1050 x g&#39;de santrifüjleyin tüpler. </li><li> Toplanan enkaz uzak dökmek için emin olun, temiz bir behere santrifüj KES dökün. KES her santrifüj kadar yineleyin. </li><li> Dolgu 2.000 ml DI su ile dereceli silindir. </li><li> 24 inç diyaliz tüp selüloz zarı kes ve kapamak tutmak için hortumun bir ucunu klibi. </li><li> daha esnek ve açık kolaylaştırmak için DI suyun silindir tüp uzunluğunu batırın. </li><li> Diyaliz tübü selüloz membranı olmayan kesilmiş uç açık yavaş yavaş boru halinde santrifüj KES çözeltisi 60 ml dökün. Hortumun bu ucunu kapatmak için başka bir klibi kullanın. </li><li> di koymakDİ su 2,000 mi silindirde alysis boru ve 24 saat boyunca bekletin. silindir içinde her 3 ila 4 saat distile su değiştirin. </li><li> 24 saatlik bir süre sonra, 24 saat boyunca -20 ° C&#39;de derin dondurucuda üstündeki alan ve yeri terk emin olmak kapaklı kavanoz içine diyaliz KES çözüm boşaltın. </li></ol> 5. Liyofilizasyon Keratin Özü Çözüm <ol><li> -86 ºC dondurarak kurutucunun ayarlayın. </li><li> , Dondurucu dondurulmuş KES içeren kavanoz Kaldır kavanoz kapalı kapaklarını almak ve donma kurutma ampullere koyun. ampuller üzerindeki mühürler yerleştirin ve 0.133 mBar&#39;lık bir vakum basınç oluşturmak için düğmeyi çevirin. nem, tüm bitene kadar yaklaşık 48 saat boyunca örnekleri liyofilize edin. </li></ol> Elektrospinning Çözümleri 6. Hazırlama (ağırlıkça% 10 Keratin Çözümü) <ol><li> lyophilizer gelen Keratin Tozu çıkarın ve tartın. </li><li> % 10 ağırlık / ağırlık oluşturmak için Keratin toz DI su ekleyinKeratin çözüm. </li></ol> % 10 ağırlık PCL Çözüm 7. Hazırlık <ol><li> Ve trifloroetanol (TFE) - PCL (90 kDa ε-kaprolakton polimer, Mn 70) edinin. karıştırma O / N TFE ağırlık PCL tarafından% 10 hazırlayın ve homojen bir karışım elde. </li></ol> Keratin / PCL Çözüm 8. hazırlanması <ol><li> Ağırlıkça% 10 PCL çözelti, önceden hazırlanmış ve ağırlık olarak% 10, keratin çözelti elde edilir. 90:10, 80:20, 70:30 10 ml PCL / keratin çözümler ve 60:40 oranları yaratmak için akıllıca PCL çözüm damla içine keratin ekleyin. </li><li> Elektrospinning önce PCL / keratin çözeltisi homojen bir karışım elde etmek için bir vorteks kullanın. </li></ol> Electrospun PCL 9. Üretim / keratin Fiber <ol><li> 0.5 mm çaplı bir plastik tüp ile donatılmış bir 10 ml tek kullanımlık şırınga PCL / keratin çözeltisi, yaklaşık olarak 8 ml yerleştirin. Akış hızı 2.5 ml / saat olarak ayarlanır, bir şırınga pompası şırınga yerleştirin. </li><li&gt; Tüpe bağlı iğne ucu kadar gerilim uygulayın (~ yatay 30 derecede davul toplama elyaftan ~ 23 cm konumlandırılmış ve). tüp 22 kV voltaj ve yaklaşık 200 rpm&#39;de kolektör tamburu döndürmek - 19 uygulayın. <ol><li> örnek çalıştırmadan önce alüminyum folyo ile kolektör davul sarın. alüminyum folyo her iki uçta da etiketleme bant uygulayarak istikrarlı olduğundan emin olun. Not: elyaflar alüminyum folyo oluşturacak (Şekil 2), oda sıcaklığında, elyaf kapalı folyo saklayın. </li></ol></li></ol> PCL / Keratin nanoliflerden 10. Mekanik Analizi <ol><li> 8 mm, 60 mm olarak numune kesin. dijital mikrometre kullanılarak kalınlığı kaydetmek için emin olun. hazırlanan her bileşim için beş numune kullanın. </li><li> gerilme test 60 x 8 mm örneği takın. örnek takmak için özel olarak tasarlanmış örnek tutucu kullanın. çift ​​kullanarak bir dizin kartından yapılan numune sahipleri arasındaki örnek Sandwichtaraflı bant. 10 mm / dakika arasında bir yer değiştirme hızı ile 10 N yük hücresi uygulanır. Not: örnek tutucu 38 mm, 50 mm bir iç pencere ile 40 mm 62 mm olacak şekilde tasarlanmıştır. </li><li> Kayıt uzatma ve yazılım protokolüne göre yazılım aracılığıyla yük değerleri. </li><li> Test edilen örnek alam ile kuvvet bölünerek stres hesaplayın. Daha sonra, başlangıç ​​uzunluğuna göre uzunluğu değişimi bölünmesiyle suşu hesaplar. </li><li> x-ekseni gerilme değerinin karşılık gelen y-ekseninde stres çizerek gerilme-deformasyon eğrisi oluşturmak. </li><li> eğimi elastisite modülü eşittir lineer bölgeden Young modülüne hesaplayın. zorlanma ofset% 0,2 alarak ve doğrusal bölge eğrisine paralel bir çizgi çizerek gerilme deformasyon grafiğinden çekme dayanımı belirleyin. </li><li> Daha önce analiz yazılımı 8 kullanarak varyans tek yönlü analizi kullanılarak üç nüsha olarak elde edilen mekanik verilerin istatistiksel analizi yapın. P değerleri &lt;0.05 bizistatistiksel olarak anlamlı kabul yeniden. </li></ol> 11. Yüzey Morfolojisi ve Yapısal Karakterizasyonu <ol><li> electrospun elyaf morfolojisinin gözlemlemek için 15 kV voltaj ve 5 uA akım hızlandırma parametreleri ile tarama elektron mikroskobu (SEM) kullanın. <ol><li> SEM görüntü vermeden önce, lif, 2 cm2&#39;lik bir bölüm kesilir ve bakır bant kullanarak SEM aşamasına ekleyin. yaklaşık 11 nm kalınlığında bir altın tabakası oluşturmak için 1 dakika ve 30 saniye süreyle 15 mA&#39;da altın püskürtme kaplayıcı ve ceketin içine sahne yerleştirin. SEM odasına örnek yükleyin. lif örnekleri dikkate alın. </li></ol></li><li> PCL ve keratin arasındaki kimyasal bağları karakterize etmek için kızılötesi spektroskopi (FTIR) dönüşümü Fourier kullanın. Manyetik tutucu electrospun nanofiber membranın 2 cm 2 bölüm yerleştirin ve testten önce kuru hava ile sistemi temizlemek. 200 taramalar için spektrumları elde ve sta kullanarak spektrumları analizYazılım protokolüne göre ard yazılım. </li><li> Standart yazılımı kullanarak spektrum analizi yapın ve üreticinin protokolüne göre nano her oranının triplicates kullanın. </li></ol> Hücre fiber Etkileşim 12. Çalışması <ol><li> 16 mm2 örnekleri lifleri kesin. 12 mm çaplı lamelleri her bir örnek düzeltmek için bir biyolojik olarak uyumlu, silikon bazlı tutkal. </li><li> , Daha sonra da kapak kayma arkasına Numunenin serbest ucunu tutkal, lamel çevresinde örnek Sarma Yalnızca kaplı astar üst ayrılan kapak kayma arkasına elyaf numunesinin bir ucunu yapıştırmak elyaf numunesi. </li><li> 24 oyuklu bir plaka içerisinde elyaf örnekleri yer. 1 saat% 80 etanol içinde daldırarak örnekleri sterilize edin. </li><li> Distile su ile örnekleri etanol durulayın. Daha sonra, bir pipet, tüm numune kapsayacak şekilde emin numuneye bazal ortam 2 ml. 5 dakika sonra orta çıkarın. </li><li> Kullanım fibroblast 3T3 hücreleri lif örnekleri tohum. DMEM 1 ml başına / cm2 yaklaşık 62,000 hücre olduğu antibiyotik ve bu,% 10 fetal sığır serumu (FBS) ile desteklenmiş Dulbecco&#39;nun modifiye edilmiş Eagle ortamı (DMEM) içinde süspanse. </li><li> Her bir elyaf numunesi / cm2 yaklaşık 62,000 hücre ile kaplıdır temin her bir plaka olarak işlenmiş 3T3 hücre içeren DMEM çözeltisi 1 ml bırakın. 37 ° C&#39;de 24 saat% 5 CO2 için iyi inkübe edin. Not: kullanımlar% 5 CO2 bu seviyesi genellikle günde fizyolojik aralıkta hücre ortamının pH değeri korumak için. </li></ol> Nanolif Matrix 13. Parçalanma <ol><li> Kesim kare yaklaşık 30 mm x 30 mm içine PCL / keratin nano membranlar kurutulmuştur. </li><li> 10 dakika inkübasyon dönemi için% 80 alkol ile 900 mm 2 örnekleri sterilize ve DI su ile iyice yıkayın. 37 ° C&#39;de, PBS, pH 7.5, 15 ml numune inkübe edin. buf değiştirinHer 3 günde bir fer. </li><li> , Belirtilen aralıklarla çözümün dışına zarlarını alın 1 hafta ve 7 hafta ve DI su ile durulayın. </li><li> Dondurma kurutucu ampullere membran örnekleri yer. ampuller üzerindeki mühürleri yerleştirin ve bir vakum yaratmak için düğmeyi çevirin. Tamamen kuruyana kadar, 24 saat boyunca liyofilize edin. </li><li> Bakır bant kullanarak SEM sahneye kurutulmuş numune onu takın. 1 dakika ve 30 saniye süreyle 15 mA&#39;da altın püskürtme kaplayıcı ve ceketin içine sahne yerleştirin. </li><li> SEM odasına örnek yükleyin. 1.5 kV ve 5 uA akımının bir hızlandırma gerilimi lif örnekleri dikkate alın. </li></ol>

<ol>
	<li>Huang, Z. -. M., Zhang, Y. Z., Kotaki, M., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+polymer+nanofibers+by+electrospinning+and+their+applications+in+nanocomposites.">A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites.</a> Compos Sci Technol. 63, (2003).</li><li>Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibrous+structure:+a+novel+scaffold+for+tissue+engineering.">Electrospun nanofibrous structure: a novel scaffold for tissue engineering.</a> J Biomed Mater Res. 60, 613-621 (2002).</li><li>Liu, W., Thomopoulos, S., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibers+for+regenerative+medicine.">Electrospun nanofibers for regenerative medicine.</a> Adv Healthc Mater. 1, 10-25 (2012).</li><li>Edwards, A., Jarvis, D., Hopkins, T., Pixley, S., Bhattarai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(-caprolactone)/keratin-based+composite+nanofibers+for+biomedical+applications.">Poly(-caprolactone)/keratin-based composite nanofibers for biomedical applications.</a> J Biomed Mater Res B. 103, 21-30 (2015).</li><li>Dowling, L. M., Crewther, W. G., Parry, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+structure+of+component+8c-1+of+alpha-keratin.+An+analysis+of+the+amino+acid+sequence.">Secondary structure of component 8c-1 of alpha-keratin. An analysis of the amino acid sequence.</a> Biochem J. 236, 705-712 (1986).</li><li>Yamauchi, K., Maniwa, M., Mori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cultivation+of+fibroblast+cells+on+keratin-coated+substrata.">Cultivation of fibroblast cells on keratin-coated substrata.</a> J Biomat Sci-Polymer. 9, 259-270 (1998).</li><li>Shea, L. D., Wang, D., Franceschi, R. T., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+Bone+Development+from+a+Pre-Osteoblast+Cell+Line+on+Three-Dimensional+Scaffolds.">Engineered Bone Development from a Pre-Osteoblast Cell Line on Three-Dimensional Scaffolds.</a> Tissue E. 6, 605-617 (2000).</li><li>Fortin, M. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Biological+Software.">New Biological Software.</a> Q Rev Biol. 71, 169-170 (1996).</li><li>Bhattarai, N., Edmondson, D., Veiseh, O., Matsen, F. A., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+chitosan-based+nanofibers+and+their+cellular+compatibility.">Electrospun chitosan-based nanofibers and their cellular compatibility.</a> Biomaterials. 26, 6176-6184 (2005).</li><li>Yang, S., Leong, K. F., Du, Z., Chua, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+scaffolds+for+use+in+tissue+engineering.+Part+I.+Traditional+factors.">The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional factors.</a> Tissue E. 7, 679-689 (2001).</li><li>Bhattarai, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Natural-Synthetic+Polyblend+Nanofibers+for+Biomedical+Applications.">Natural-Synthetic Polyblend Nanofibers for Biomedical Applications.</a> Adv Mater. 21, 2792-2797 (2009).</li></ol>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

insan saç keratin çıkarımı başarıyla gerçekleştirilmiştir. perasetik asit, keratin Tris bazı ile ekstre sağlayan, bir saç telinin bir oksitleyici madde olarak vermiştir. keratin tozu üretimi nedeniyle sadece araştırma amaçlı yapıldığını gerçeğine küçük ölçekli oldu. Bu prosedür, zaten büyük ölçekli üretim için endüstri kurulmuştur. küçük ölçekli keratin çıkarma amacı kirlenmesini, toplu değişkenliği ve maliyet etkinliğini kontrol etmek oldu. Keratin ekstraksiyon Bu prosedürün sınırlayıcı bir adımdır. % 2 - keratin tozun verimi 0.7, çok düşüktür. 0.4 gr keratin - insan saç 20g 0.14 vermiştir. electrospun liflerin üretiminde başka önemli bir adım Elektrospinning için uygun olan bir solüsyon formüle edilir. Keratin kolayca DI su içinde dağıtılmıştır, ancak, Elektrospinning üzerine keratin / su çözeltisi lif oluşumu ile sonuçlanmamıştır. Gerekli m sağlamak içinnanolifler bir kopolimer oluşturmak için olecular etkileşimleri çözüm tanıtıldı. TFE içinde çözülmüş PCL, hidrojen bağları sayesinde keratin ile daha güçlü etkileşim mümkün oldu. TFE nedeniyle elektronegatiflik ve asidik davranış kopolimer komplekslerinin istikrar için büyük ölçüde sorumlu oldu. Keratin hidrofilik olduğu bilinmektedir ise PCL hidrofobik olduğu bilinmektedir olması nedeniyle, yeni zorluklar PCL çözeltisi ile keratin çözelti sundu Karıştırma. Biz keratin oranı arttıkça homojen bir karışım elde etmek zordu. Bu sorun PCL çözüm bilge keratin çözüm damla eklenmesi ve 30 dakika boyunca elle vorteks ile çözüldü. SEM görüntüleri, hücre büyümesi ve çoğalması için ideal olan, mükemmel bir yüzey morfolojisi gösterir. Karşılaştırmalı FTIR sonuçları electrospun lifleri PCL ve keratin arasında iyi karışmasını göstermektedir. Bu, moleküller arası hidrojen b olabilirPCL ve keratin arasında onding. Bir diğer faktör electrospun elyaflar karışık PCL agregasyonunu engelleyen kuvvetlendirmek hızdır. yapısal ve mekanik bütünlük rejeneratif tıp uygulamalarına yönelik malzeme uygun hale PCL ve keratin arasındaki moleküler etkileşimler tarafından sürdürülür. Bu electrospun elyaflar, genç modülü doğal dokusunun yakın olduğu bulunmuştur. Mekanik olarak güçlü elyaf hücre yapışmasını ve çoğalmasını destekleyebilir. PCL / Keratin nanolifler muntazamlık, yapısal bütünlük, uygun mekanik özellikler ve hücresel uyumluluk gösterdi. 100 oranlarında PCL / keratin Young modülü (MPa): 00, 90:10, 80:20 ve 70:30, sırasıyla 10 ± 2, 8 ± 1, 5 ± 1.5 ve 4.5 ± 1.6, olduğu bulunmuştur . keratin oranı artmış katma olarak modülleri azalmıştır. PCL / keratin lifleri üzerinde hücre yapışması ve çoğalma lifler toksik değildir ve hücreler büyüme için destek sağlamak olduğunu doğrular.nano boyunca filopodia büyüme fibroblastlar ve PCL / Keratin lifleri arasında uygun bir etkileşim olduğunu gösterir. Elektrospinning tekniğin başarılı PCL / keratin bazlı nanolifler sentezlemek için kullanıldı. Bu teknik, diğer mevcut yöntemlerden farklı olarak, güvenilir ve düşük maliyetli olduğu kanıtlanmıştır ve potansiyel olarak büyük ölçekli nano üretiminde kullanılabilir. Bu çalışmada, biz PCL / Keratin esaslı kompozit nanofibröz iskeleleri potansiyel doku mühendisliği uygulamaları için biyomedikal uygulamalar ve taklit doğal ECM için kullanılması gereken sonucuna vardık.

Elektrospinning polimer nanolifler ulaşmanın bir yaygın yöntem olarak kabul edilmektedir. Lifler, bir nano üzerinde üretilebilir ve lif özellikleri 1 özelleştirilebilir. Bu gelişmeler ve electrospun nanoliflerden özellikleri özellikle doku mühendisliği biyomedikal mühendisliği uygulamaları için özellikle ilginç olmuştur. Electrospun nanolifler ekstraselüler matriks benzerlikler sahip ve böylece hücre yapışmasını, göç ve çoğalmasını 2 teşvik eder. Nedeniyle hücre dışı matrisin (ECM) Bu benzerlik, electrospun elyaf yara sargıları, ilaç uygulama yardımcı maddeler olarak kullanılabilir ve böyle karaciğer, kemik, kalp, kas 3 mühendislik dokularının. Sentetik ve doğal kökenli çeşitli polimerler arasında çeşitli farklı biyomedikal mühendislik uygulamaları 4 electrospun lifleri oluşturmak için kullanılmıştır. Son zamanlarda orada artmaktadırsentetik ve doğal polimerleri 4 harmanlayarak kompozit nano geliştirilmesinde menfaati arasında fark. Bu kompozisyonlarda nihai ürünler genellikle doğal polimerden biyolojik işaretler ve özellikleri benimseyerek sentetik polimer ile ilişkili mekanik mukavemet devralır. sentetik ve doğal polimerler, karma bir nano sentezi için kullanılmak üzere, bu deneyde, PCL keratin sunulmaktadır. Saç, yün ve çivi bulunan doğal bir polimerdir. Birçok amino asit kalıntıları içerir, önemli ilgi sistein 4,5 olduğunu. İdeal olarak, doğal olarak oluşan bir polimer, biorenewable bir biyouyumlu ve biyobozunur olacaktır. Ayrıca 6&#39;da dahil edilmiştir Biyomalzemelere hücre çoğalmasını ve eki geliştirirken Keratin bu özellikleri her üç sahiptir. Polikaprolakton (PCL) önemli olan bir emilebilir sentetik bir polimerdirdoku mühendisliği 4.. Bu polimer daha önce yapısal ve mekanik stabilite için takdir edilmiştir, ancak, bu, hücre afinitesine sahip değildir ve uzun bir bozulma oranı gösterir. PCL hidrofobik yapısı hücresi afinite 7 olmaması için olası sorumludur. Ancak, PCL diğer polimerler ile son derece karışabilir kalarak kendi sınırlamaları için yapar. Bir PCL / keratin kompozit PCL mekanik özelliklerini göstermek ve çeşitli biyomedikal uygulamalar için ideal bir seçim yapma, keratin biyolojik özelliklerini içermelidir.

<table><tbody><tr><td>Human Hair&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>Obtained from Local Barber Shop in Greensboro</td></tr><tr><td>Peracetic acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PCL (e-caprolactone polymer)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>502-44-3</td><td>Mn 70-90 kDa</td></tr><tr><td>Trifluoroethanol (TFE)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>75-89-8</td><td></td></tr><tr><td>Tris Base (TrizmaTM Base Powder)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td>&gt;99.9% crystalline</td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid</td><td>Fischer Scientific</td><td>A144C-212 Lot 093601</td><td>Waltham, MA</td></tr><tr><td>Kwik-Sil</td><td>World Precision Instruments</td><td></td><td>Sarasota, FL</td></tr><tr><td>Cellulose membrane</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td>12 - 14 kDa molecular cut off</td></tr><tr><td>optical microscope</td><td>Olympus BX51M</td><td>BX51M</td><td>Japan</td></tr><tr><td>scanning electron microscope</td><td>Hitachi SU8000</td><td>SU8000</td><td>Japan</td></tr><tr><td>Table-Top Shimadzu machine</td><td>North America Analytical and Measuring Instruments AGS-X series</td><td>AGS-X Series&amp;nbsp;</td><td>Columbia, MD</td></tr><tr><td>Fourier transform infrared spectroscopy</td><td>Bruker Tensor 2 Instrument&amp;nbsp;</td><td></td><td>Billerica, MA</td></tr><tr><td>Microcal Origin software</td><td></td><td></td><td>Northampton, MA</td></tr><tr><td>X-ray diffraction (XRD)</td><td>Bruker AXS D8 Advance X-ray Diffractometer</td><td></td><td>Madison, WI</td></tr><tr><td>Fibroblast 3T3&amp;nbsp; cell</td><td>American Tissue Type Culture Collection</td><td></td><td>Manassas, VA</td></tr><tr><td>Dulbecco&#039;s modified Eagle&#039;s medium (DMEM</td><td>Invitrogen</td><td></td><td>Grand Island, NY</td></tr><tr><td>Spectra max Gemini XPS microplate reader</td><td>Molecular Devices</td><td></td><td>Sunnyvale, CA</td></tr><tr><td>Student- Newman-Keuls post hoc test</td><td>SigmaPlot 12 software</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

synthesis of keratin-based nanofiber for biomedical engineering

çeşitli alanlarda uygulama için çok yönlülüğü ve potansiyel nedeniyle Elektrospinning, sık sık nanolifler imal etmek için kullanılmaktadır. Bu gözenekli nanolifler üretimi nedeniyle eşsiz fizikokimyasal özellikleri büyük ilgi olduğunu. Burada poli (ε-kaprolakton) içeren keratin (PCL) nanolifler (yani, PCL / keratin kompozit lif) imalatı üzerinde durmak. Suda çözünür, keratin, ilk insan saç elde edilir ve farklı oranlarda PCL ile karıştırıldı. PCL / keratin harmanlanmış çözüm kurmak laboratuvar tasarlanmış elektrospinning kullanarak nanofibröz membranların dönüştürüldü. Elyaf morfolojisi ve elde edilen nano mekanik özellikleri gözlenmiştir ve tarama elektron mikroskobu ve gerilme deney cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Ayrıca, nanofiber ve nitelik kaybı ve kimyasal özellikleri FTIR ile incelenmiştir. SEM görüntüleri farklı bileşimlerin PCL / keratin lifleri için üniform yüzey morfolojisi gösterdi. Bu PCL / keratinositlerdenn, lifler, Young modülü ve kırılma noktası olarak mükemmel mekanik özellikler göstermiştir. Fibroblast hücreleri eklemek ve iyi hücre canlılığı kanıtlayan böylece çoğalmaya başardık. Yukarıda tartışılan özelliklere dayanarak, şiddetle doğal ve sentetik polimerlerin harmanlanmış nanolifler farklı biyomedikal uygulamalarda kullanılabilir kompozit malzemelerin mükemmel bir gelişmeyi temsil edebilir söylenebilir.

lif Morfolojisi liflerin SEM görüntüleri tüm fiber bileşimler elde edilmiştir. Bakınız Şekil 3. Fiber görüntü fiberler rasgele olduğunu teyit etmektedir. mekanik Test Mekanik olarak güçlü lifler genellikle çeşitli doku mühendisliği uygulamaları için gereklidir. Bu lifler belli stres ve çevresel koşullara 9 altında yeterli güç ve esneklik tutmalıdır. Genel olarak, iskele etkileri koruyucu bir stresi önlemek için, hedef doku o yakın modüle olması ve in vivo olarak sırasında ve / ya da in vitro hücre büyümesi 10 yeterli mukavemet sağlamak için arzu edilir. Çekme cihazı Young modülüne ve lif kırılması gücünü ölçmek için kullanılmıştır. Young modülü (MPa) PCL / 100 oranlarında keratin: 00, 90:10, 80:20 ve 70:30 wsırasıyla 5 ± 1.5 ve 1.6 ± 4.5, 4 10 ± 2, 8 ± 1 olarak bulundu. Benzer bir şekilde, kopma mukavemeti (MPa) 100 oranlarında PCL / keratin: 00, 90:10, 80:20 ve 70:30 3 ± 1.2, 2 ± 0.5, 1 ± 0.2 ve 1 ± 0.3 olarak bulunmuştur sırasıyla 4, Tablo görüldüğü gibi 1. 4 görüntüler PCL.keratin oranları karşı Young modülü değişiminin grafiksel eğilim Şekil. ayrıca kopma uzaması oranı anlamakta grafik yardımcıları trend çizgisi. Yapısal ve Morfolojik Karakterizasyonu Şekil 5&#39;de, PCL / keratin kompozit nano için FTIR geçirgenlik spektrumu 2.950 cm-1, 1050 cm-1 ve 1240 cm-1 nedeniyle, sırasıyla CH2 asimetrik uzanan titreşim CO ve COC gruplan, en bantları gösterir. Cm-1 tha 1720 karbonil emilim pikt PCL özelliği de 4,11 görülebilmektedir. Emilim de bantlar (3286 cm-1), (3056 - 3075 cm-1), (1600 - 1700 cm-1), (1480 - 1580 cm-1) ve (1220 - 1300 cm-1) keratin göstergesidir proteinler. bantları amid, A, B, I, II ve III, sırasıyla ifade edilmiştir. kompozit artan keratin konsantrasyonları ile FTIR spektrumları değişim mevcut bantları ve zirveleri. Onların görünüşü varlığı ve keratin zincirlerinin yapısal yapısını gösterir, ancak, zirveler ve bantlar arasındaki etkileşimleri, bazı güçlüklere neden etmedi. Örneğin, 1600 amid I bandı mevcut - 1700 cm -1 genellikle keratin incelemek için kullanılır, ancak grup biraz PCL zirve tarafından çirkinleştirildi. Neyse ki, amid II bant PCL arasında keratin varlığı, keratin zincir konformasyon ve yapıştırma etkileşimleri kanıtlamak için yeterli olacaktırKeratin işlevsel gruplar. Hücre-Fiber Etkileşimi Hücre fiber etkileşimi incelenmiştir Taramalı Elektron Mikroskop kullanma. 6 24 saat nanolif numuneleri üzerinde kültüre edilmiş 3T3 fibroblast hücrelerinin SEM görüntülerini göstermektedir. nano örnekler hücre yapışması görünür ve çapta benzer olduğunda, hücre filopodia nano hizalanmasını olma eğilimindedir göstermektedir. Almar mavisi (AB) deneyi lifleri 3T3 hücrelerinin canlılığını ölçmek için gerçekleştirildi. AB kimyasal resazurin olduğunu. Bu flüoresan olmayan boya canlı hücrelere girer mitokondriyal redüktazlar, pembe floresan olan resorrufin için resazurin azaltır. PCL / keratin farklı oranlarda toksisite düzeyleri anlamlı bir fark yoktu. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53381/53381fig1.jpg" /> &lt;<html> br /&gt; Şekil Keratin Ekstraksiyon Süreci 1. Resimler (A), çıkartma işleminden önce insan saçı temizlenmelidir.; Keratin ekstraksiyonu sonrası (B) Saç; (C) Keratin özü çözümü; (D) Liyofilize keratin tozu. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53381/53381fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53381/53381fig2.jpg" /> Electrospun Elyaf Şekil 2. Dijital Kamera Resimleri. Alüminyum folyo üzerinde toplanan değişik oranlarda CL / keratin sentezlenmiş elyaf olarak görüntüleri. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53381/53381fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> e 3 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 53381 / 53381fig3.jpg &quot;/&gt; PCL / keratin nanoliflerden Şekil 3. SEM görüntüleri. (AC) sırasıyla 70:30, 80:20 ve 90:10, PCL / keratin oranına sahip çözeltilerden eğrilmiş nano görüntüleri. insets karşılık gelen her SEM görüntüsünün yüksek büyütme görüntüleri göstermek. SEM görüntüleri (DF) ve (GI) sırasıyla 1 ve 7 haftalık bozulması testlerinden sonra görüntüleri (AC) gösterilen lifleri temsil etmektedir. Ilavelerde ölçek çubuğu 500 nm (resim C ölçek çubuğu bakınız) temsil etmektedir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53381/53381fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53381/53381fig4.jpg" /> PCL / Keratin Oranları karşı modülü Şekil 4. Grafik. Youn karşı keratin derişim grafiğiG Modülü Young modülü değişiminin grafik bir eğilim göstermektedir. Anlayış kopma uzaması oranı trend çizgisi yardımları. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53381/53381fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53381/53381fig5.jpg" /> PCL Farklı Oranları ile / keratin Nanofiberler Şekil 5. FTIR Spectra. Spektrum keratin için PCL bağlanmasını doğruluyor. 1722 cm ölçülen ana tepe -1 PCL emilim bandının standart temel ölçümleri ile kabul eder ve tüm spektrumunda görülebilir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53381/53381fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53381/53381fig6.jpg" /> 3T3 fibroblast hücrelerinin Morfoloji Gösterilen Şekil 6. SEM Görüntüleri PCL üzerinde Tohumlu / keratin Nanolif Membran. Görüntüler A, B ve C sırasıyla, 90/10 oranları, 80/20 ile PCL / keratin temsil ve 70/30. Görüntüler (A &#39;), (B&#39;) ve (C &#39;), sırası ile, daha yüksek bir büyütme (A) görüntü, (B) ve (C)&#39; dir. Görüntülerde koyu alanlar üstünde ve nano topografya boyunca bağlı her fibroblast hücrelerinin yerini gösterir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53381/53381fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Oranlar </td><td> Young Modülü (MPa) </td><td> Kopma Mukavemeti (Mpa) </td></tr><tr><td> 100/0 </td><td> 10 ± 2 </td><td> 3 ± 1.2 </td></tr><tr><td> 90/10 </td><td> 8 ± 1 </td><td> 2 ± 0.5 </td></tr><tr><td> 80/20 </td><td> 5 ± 1,5 </td><td> 1 ± 0.2 </td></tr><tr><td> 70/30 </td><td> 4.5 ± 1.6 </td><td> 1 ± 0.3 </td></tr></tbody></table> Tablo 1. PCL Mekanik Özellikleri / Keratin Lifler

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering at JoVE.com

Biyomedikal Mühendisliği için Keratin Bazlı Nanofiber Sentezi | Biyomühendislik | Video

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospun nanolifler oranı, mükemmel mekanik bütünlüğü ağırlığı ve hücre büyümesi ve çoğalması desteklemek için yüksek bir yüzey alanı vardır. Bu nanolifler biyomedikal uygulamalarda geniş bir yelpazesi var. Burada Elektrospinning tekniği kullanılarak, keratin / PCL nanolifler imal ve doku mühendisliğinde olası uygulamalar için lifleri karakterize.

Biyomedikal Mühendisliği için keratin bazlı nanofiber sentezi

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

synthesis-of-keratin-based-nanofiber-for-biomedical-engineering

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Bioengineering

Genetics

Biotechnology

SCIENTISTS IN ACTION

15.4K Görüntüleme.  North Carolina A&T State University.  Electrospun nanolifler oranı, mükemmel mekanik bütünlüğü ağırlığı ve hücre büyümesi ve çoğalması desteklemek için yüksek bir yüzey alanı vardır. Bu nanolifler biyomedikal uygulamalarda geniş bir yelpazesi var. Burada Elektrospinning tekniği kullanılarak, keratin / PCL nanolifler imal ve doku mühendisliğinde olası uygulamalar için lifleri karakterize. 

Video: Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Postproduction Processing of Electrospun Fibres for Tissue Engineering

Electrospinning is a commonly used and versatile method to produce scaffolds (often biodegradable) for 3D tissue engineering.1, 2, 3 Many tissues in vivo undergo biaxial distension to varying extents such as skin, bladder, pelvic floor and even the hard palate as children grow. In producing scaffolds for these purposes there is a need to develop scaffolds of appropriate biomechanical properties (whether achieved without or with cells) and which are sterile for clinical use. The focus of this paper is not how to establish basic electrospinning parameters (as there is extensive literature on electrospinning) but on how to modify spun scaffolds post production to make them fit for tissue engineering purposes - here thickness, mechanical properties and sterilisation (required for clinical use) are considered and we also describe how cells can be cultured on scaffolds and subjected to biaxial strain to condition them for specific applications.
Electrospinning tends to produce thin sheets; as the electrospinning collector becomes coated with insulating fibres it becomes a poor conductor such that fibres no longer deposit on it. Hence we describe approaches to produce thicker structures by heat or vapour annealing increasing the strength of scaffolds but not necessarily the elasticity. Sequential spinning of scaffolds of different polymers to achieve complex scaffolds is also described. Sterilisation methodologies can adversely affect strength and elasticity of scaffolds. We compare three methods for their effects on the biomechanical properties on electrospun scaffolds of poly lactic-co-glycolic acid (PLGA).
Imaging of cells on scaffolds and assessment of production of extracellular matrix (ECM) proteins by cells on scaffolds is described. Culturing cells on scaffolds in vitro can improve scaffold strength and elasticity but the tissue engineering literature shows that cells often fail to produce appropriate ECM when cultured under static conditions. There are few commercial systems available that allow one to culture cells on scaffolds under dynamic conditioning regimes - one example is the Bose Electroforce 3100 which can be used to exert a conditioning programme on cells in scaffolds held using mechanical grips within a media filled chamber.4 An approach to a budget cell culture bioreactor for controlled distortion in 2 dimensions is described. We show that cells can be induced to produce elastin under these conditions. Finally assessment of the biomechanical properties of processed scaffolds cultured with or without cells is described.

Electrospun scaffolds can be processed post production for tissue engineering applications. Here we describe methods for spinning complex scaffolds (by consecutive spinning), for making thicker scaffolds (by multi-layering using heat or vapour annealing), for achieving sterility (aseptic production or sterilisation post production) and for achieving appropriate biomechanical properties.

Doku Mühendisliği için elektrospinning Liflerin Postprodüksiyon İşleme

Electrospinning is a commonly used and versatile method to produce  scaffolds (often biodegradable) for 3D tissue engineering.1, 2, 3 Many tissues in vivo ...

Biyomühendislik

Expansion of Two-dimension Electrospun Nanofiber Mats into Three-dimension Scaffolds

Electrospinning has been the preferred technology in producing a synthetic, functional scaffold due to the biomimicry to extracellular matrix and the ease control of composition, structure, and diameter of fibers. However, despite these advantages, traditional electrospun nanofiber scaffolds come with limitations including disorganized nanofiber orientation, low porosity, small pore size, and mainly two-dimensional mats. As such, there is a great need for developing a new process for fabricating electrospun nanofiber scaffolds that can overcome the above limitations. Herein, a novel and simple method is outlined. A traditional 2D nanofiber mat is transformed into a 3D scaffold with desired thickness, gap distance, porosity, and nanotopographic cues to allow for cell seeding and proliferation through the depressurization of subcritical CO2 fluid. In addition to providing a scaffold for tissue regeneration to occur, this method also provides the opportunity to encapsulate bioactive molecules such as antimicrobial peptides for local drug delivery. The CO2 expanded nanofiber scaffolds hold great potential in tissue regeneration, wound healing, 3D tissue modeling, and topical drug delivery.

This article demonstrates the technique of expanding a traditional, two-dimension (2D) electrospun nanofiber mat into a three-dimension (3D) scaffold through the depressurization of subcritical CO2 fluid. These augmented scaffolds are 3D, closely mimic cellular nanotopographic cues, and preserve the functions of biologic molecules encapsulated within the nanofibers.

İki boyut Electrospun Nanofiber paspaslar genişleme içine üç-boyut iskele

Electrospinning has been the preferred technology in producing a synthetic, functional scaffold due to the biomimicry to extracellular matrix and the ease ...

Genetik

ECM Protein Nanofibers and Nanostructures Engineered Using Surface-initiated Assembly

The extracellular matrix (ECM) in tissues is synthesized and assembled by cells to form a 3D fibrillar, protein network with tightly regulated fiber diameter, composition and organization. In addition to providing structural support, the physical and chemical properties of the ECM play an important role in multiple cellular processes including adhesion, differentiation, and apoptosis. In vivo, the ECM is assembled by exposing cryptic self-assembly (fibrillogenesis) sites within proteins. This process varies for different proteins, but fibronectin (FN) fibrillogenesis is well-characterized and serves as a model system for cell-mediated ECM assembly. Specifically, cells use integrin receptors on the cell membrane to bind FN dimers and actomyosin-generated contractile forces to unfold and expose binding sites for assembly into insoluble fibers. This receptor-mediated process enables cells to assemble and organize the ECM from the cellular to tissue scales. Here, we present a method termed surface-initiated assembly (SIA), which recapitulates cell-mediated matrix assembly using protein-surface interactions to unfold ECM proteins and assemble them into insoluble fibers. First, ECM proteins are adsorbed onto a hydrophobic polydimethylsiloxane (PDMS) surface where they partially denature (unfold) and expose cryptic binding domains. The unfolded proteins are then transferred in well-defined micro- and nanopatterns through microcontact printing onto a thermally responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm) surface. Thermally-triggered dissolution of the PIPAAm leads to final assembly and release of insoluble ECM protein nanofibers and nanostructures with well-defined geometries. Complex architectures are possible by engineering defined patterns on the PDMS stamps used for microcontact printing. In addition to FN, the SIA process can be used with laminin, fibrinogen and collagens type I and IV to create multi-component ECM nanostructures. Thus, SIA can be used to engineer ECM protein-based materials with precise control over the protein composition, fiber geometry and scaffold architecture in order to recapitulate the structure and composition of the ECM in vivo.

A method to obtain nanofibers and complex nanostructures from single or multiple extracellular matrix proteins is described. This method uses protein-surface interactions to create free-standing protein-based materials with tunable composition and architecture for use in a variety of tissue engineering and biotechnology applications.

ECM Protein Nanofiberler ve Nanoyapılar İşlenmiş Kullanılarak Yüzey başlatılan Meclisi

The extracellular matrix (ECM) in tissues is synthesized and assembled by cells to form a 3D fibrillar, protein network with tightly regulated fiber ...

Electrospun Fibrous Scaffolds of Poly(glycerol-dodecanedioate) for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

For tissue engineering applications, the preparation of biodegradable and biocompatible scaffolds is the most desirable but challenging task. &#160;Among the various fabrication methods, electrospinning is the most attractive one due to its simplicity and versatility. Additionally, electrospun nanofibers mimic the size of natural extracellular matrix ensuring additional support for cell survival and growth. This study showed the viability of the fabrication of long fibers spanning a larger deposit area for a novel biodegradable and biocompatible polymer named&#160;poly(glycerol-dodecanoate) (PGD)1 by using a newly designed collector for electrospinning. PGD exhibits unique elastic properties with similar mechanical properties to nerve tissues, thus it is suitable for neural tissue engineering applications. The synthesis and fabrication set-up for making fibrous scaffolding materials was simple, highly reproducible, and inexpensive. In biocompatibility testing, cells derived from mouse embryonic stem cells could adhere to and grow on the electrospun PGD fibers. In summary, this protocol provided a versatile fabrication method for making PGD electrospun fibers to support the growth of mouse embryonic stem cell derived neural lineage cells.

Electrospun Fibrous Scaffolds of Polyglycerol-dodecanedioate for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

Synthesis and fabrication of electrospun long fibers spanning a larger deposit area via a newly designed collector from a novel biodegradable polymer named poly(glycerol-dodecanoate) (PGD) was reported. The fibers were able to support the growth of cells derived from mouse pluripotent stem cells.

Fare Embriyonik kök hücrelerden Mühendislik Sinir Dokular için Poli electrospun fibröz iskeleleri (gliserol-dodecanedioate)

For tissue engineering applications, the preparation of biodegradable and biocompatible scaffolds is the most desirable but challenging task. &#160;Among ...

Electrospun Nanofiber Scaffolds with Gradations in Fiber Organization

The goal of this protocol is to report a simple method for generating nanofiber scaffolds with gradations in fiber organization and test their possible applications in controlling cell morphology/orientation. Nanofiber organization is controlled with a new fabrication apparatus that enables the gradual decrease of fiber organization in a scaffold. Changing the alignment of fibers is achieved through decreasing deposition time of random electrospun fibers on a uniaxially aligned fiber mat. By covering the collector with a moving barrier/mask, along the same axis as fiber deposition, the organizational structure is easily controlled. For tissue engineering purposes, adipose-derived stem cells can be seeded to these scaffolds. Stem cells undergo morphological changes as a result of their position on the varied organizational structure, and can potentially differentiate into different cell types depending on their locations. Additionally, the graded organization of fibers enhances the biomimicry of nanofiber scaffolds so they more closely resemble the natural orientations of collagen nanofibers at tendon-to-bone insertion site compared to traditional scaffolds. Through nanoencapsulation, the gradated fibers also afford the possibility to construct chemical gradients in fiber scaffolds, and thereby further strengthen their potential applications in fast screening of cell-materials interaction and interfacial tissue regeneration. This technique enables the production of continuous gradient scaffolds, but it also can potentially produce fibers in discrete steps by controlling the movement of the moving barrier/mask in a discrete fashion.

Here, we present a protocol to fabricate electrospun nanofiber scaffolds with gradated organization of fibers and explore their applications in regulating cell morphology/orientation. Gradients with regard to physical and chemical properties of the nanofiber scaffolds offer a wide variety of applications in the biomedical field.

Fiber Teşkilatı geçişleri ile electrospun Nanolif iskeleleri

The goal of this protocol is to report a simple method for generating nanofiber scaffolds with gradations in fiber organization and test their possible ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

Biyomedikal Uygulamalar için Süperhidrofobik Polimer Malzemeler imalatı

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Fabrication and Characterization of Griffithsin-modified Fiber Scaffolds for Prevention of Sexually Transmitted Infections

Electrospun fibers (EFs) have been widely used in a variety of therapeutic applications; however, they have only recently been applied as a technology to prevent and treat sexually transmitted infections (STIs). Moreover, many EF technologies focus on encapsulating the active agent, relative to utilizing the surface to impart biofunctionality. Here we describe a method to fabricate and surface-modify poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) electrospun fibers, with the potent antiviral lectin Griffithsin (GRFT). PLGA is an FDA-approved polymer that has been widely used in drug delivery due to its outstanding chemical and biocompatible properties. GRFT is a natural, potent, and safe lectin that possesses broad activity against numerous viruses including human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). When combined, GRFT-modified fibers have demonstrated potent inactivation of HIV-1 in vitro. This manuscript describes the methods to fabricate and characterize GRFT-modified EFs. First, PLGA is electrospun to create a fiber scaffold. Fibers are subsequently surface-modified with GRFT using 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS)chemistry. Scanning electron microscopy (SEM) was used to assess the size and morphology of surface-modified formulations. Additionally, a gp120 or hemagglutinin (HA)-based ELISA may be used to quantify the amount of GRFT conjugated to, as well as GRFT desorption from the fiber surface. This protocol can be more widely applied to fabricate fibers that are surface-modified with a variety of different proteins.

This manuscript describes the procedure to fabricate and characterize Griffithsin-modified poly(lactic-co-glycolic acid) electrospun fibers that demonstrate potent adhesive and antiviral activity against human immunodeficiency virus type 1 infection in vitro. Methods used to synthesize, surface-modify, and characterize the resulting morphology, conjugation, and desorption of Griffithsin from surface-modified fibers are described.

İmalat ve Fiber Griffithsin-modified iskele karakterizasyonu önlenmesi için cinsel enfeksiyonlar iletilen

Electrospun fibers (EFs) have been widely used in a variety of therapeutic applications; however, they have only recently been applied as a technology to ...

Procedure for Fabricating Biofunctional Nanofibers

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups may be utilized to study material-biomarker interactions i.e. act as biosensors with potential as single molecule detectors. We have developed an effective approach for preparing functional polymers where the functionality has the capacity of specifically binding with a model protein. In our model system, the functional group is 2,4-dinitrophenyl (DNP) and the protein is anti-DNP IgE (Immunoglobulin E). The functional polymer, &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenyl caproic][poly(ethylene oxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP), is prepared by anionic living polymerization. The difunctional initiator utilized in the polymerization was prepared by electron transfer reaction of &alpha;-methylstyrene and potassium (mirror) metal. The 2-methoxystyrene monomer was added first to the initiator, followed by the addition of the second monomer, ethylene oxide, and finally the living polymer was terminated by methanol. The &alpha;,&omega;-dihydroxyl polymer [HO-PEO-P2MS-PEO-OH] was reacted with N-2,4-DNP-&isin;-amino caproic acid, by DCC coupling, resulting in the formation of &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenylcaproic][poly(ethyleneoxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP). The polymers were characterized by FT-IR, 1H NMR and Gel Permeation Chromatography (GPC). The molecular weight distributions of the polymers were narrow (1.1-1.2) and polymers with molecular weights greater than 50,000 was used in this study. The polymers were yellow powders and soluble in tetrahydrofuran. A water soluble CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP/ DMEG (dimethoxyethylene glycol) complex binds and achieves steady state binding with solution IgE within a few seconds. Higher molecular weight (water insoluble i.e. around 50,000) CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP polymers, containing 1% single wall carbon nanotubes (SWCNT) were processed into electroactive nanofibers (100 nm to 500 nm in diameter) on silicon substrate. Fluorescence spectroscopy shows that anti-DNP IgE interacts with the nanofibers by binding with the DNP functional groups decorating the fibers. These observations suggest that appropriately functionalized nanofibers hold promise for developing biomarker detection device.

An efficient approach for preparing nanofibers decorated with functional groups capable of specifically interacting with proteins is described. The approach first requires the preparation of a polymer functionalized with the appropriate functional group. The functional polymer is fabricated into nanofibers by electrospinning. The effectiveness of the binding of the nanofibers with a protein is studied by confocal microscopy.

Biofunctional Nanoliflerin Yapımı İçin Prosedür

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups ...

Biyoloji

Fabricating Engineered Nanofibrillar Collagen with Directed Patterning

Production of Nanofibrillar Patterned Collagen for Tissue Engineering

Regenerative biomaterials are designed to facilitate cell-material interactions to guide the repair of damaged tissues and organs. These materials are designed to emulate the biophysical properties of native tissue, providing cellular phenotypic and morphological guidance that contributes to the restoration of the regenerative tissue niche. Collagen, a prevalent extracellular matrix protein, is a common component of these regenerative biomaterials due to its biocompatibility and other favorable properties. The current study describes a novel and straightforward method for the fabrication of engineered nanofibrillar collagen with directed fibril patterning. Through the manipulation of shear stress, temperature, and pH, collagen fibrillogenesis and alignment are precisely controlled without requiring specialized equipment. This approach allows for the creation of nanofibrillar collagen biomaterials that mimic the native structure of tissues exhibiting either anisotropic or isotropic characteristics. The flexibility in collagen nanofibril patterning not only facilitates the study of nanoscale patterning on cell behavior but also offers diverse possibilities for patterned tissue engineering applications.

The following protocol presents a shear-based extrusion method for the fabrication of collagen hydrogels with nanoscale patterned fibrils, which can be applied to a broad range of tissue engineering applications.

Regenerative biomaterials are designed to facilitate cell-material interactions to guide the repair of damaged tissues and organs. These materials are ...

<meta charset="utf8"></head><body>FN-İpek Membranların Oluşumu ve Hücre Kültürü Eklerine Bağlanması

Nanofibrillar Basement Membrane Mimic Made of Recombinant Functionalized Spider Silk in Custom-Made Tissue Culture Inserts

Replicating tissue barriers&#160;is critical for generating relevant in vitro models for evaluating novel therapeutics. Today, this is commonly done using tissue culture inserts with a plastic membrane, which generates an apical and a basal side. Besides providing support for the cells, these membranes come far from emulating their native counterpart, the basement membrane, which is a nanofibrillar, protein-based matrix. In this work, we show a simple way to considerably improve the biological relevance of the tissue culture inserts by replacing the plastic membrane with one made from a pure recombinant functionalized spider silk protein. The silk membrane forms through self-assembly and will spontaneously adhere to a membrane-free tissue culture insert, where it can provide support for cells. Custom-designed tissue culture inserts can be printed using a standard 3D printer, following the instructions provided in the protocol, or commercial ones can be purchased and used instead. This protocol shows how the culture system with silk membranes in inserts is set up and, subsequently, how the same cell culturing techniques that are used with traditional, commercially available inserts can be implemented.

<meta charset="utf8"></head><body>Yazar Spotlight: Rekombinant İşlevselleştirilmiş Örümcek İpek Membranları ile İn Vitro Hücre Kültürü Modellerinin Geliştirilmesi

Tissue culture inserts with plastic membranes are the golden standard in cell culture labs as permeable supports to establish cell layers and models of barrier tissues. Herein, we present a simple method to replace the plastic membrane with a more biologically relevant membrane made from a recombinant functionalized spider silk protein.

Özel Yapım Doku Kültürü Eklerinde Rekombinant İşlevselleştirilmiş Örümcek İpeğinden Yapılmış Nanofibriler Bazal Membran Taklidi

Replicating tissue barriers&#160;is critical for generating relevant in vitro models for evaluating novel therapeutics. Today, this is commonly done using ...